LEGENDA: Avaliação das propriedades ignífugas e de ...A mistura da tinta em pó foi realizada...

16
INTERCORR2016_101 Copyright 2016, ABRACO Trabalho apresentado durante o INTERCORR 2016, em Búzios/RJ no mês de maio de 2016. As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do(s) autor(es). _________________________________________________________________________________________ a Engenheiro Químico Universidade de Caxias do Sul b Acadêmico do curso de Engenharia Química - Universidade de Caxias do Sul c Prof.Dr. - Universidade de Caxias do Sul LEGENDA: Avaliação das propriedades ignífugas e de resistência à corrosão da tinta em pó epóxi/poliéster com adição de argilominerais Natanael Relosi a , Oscar A. Neuwald b , Ademir J. Zattera c , Diego Piazza c , Sandra R. Kunst c , Eliena J. Birriel c Abstract Powder coatings are used as coatings on steel due to its for barrier protection characteristics and there is the possibility of incorporating clay minerals in chemical composition, with the aim of improving the properties of paints, for example, muscovite mica and montmorillonite (MMT). Muscovite mica provides to powder coating improved barrier properties and flame- retardant. The MMT provides increased corrosion resistance. In this sense, the present study is to develop and characterize a hybrid powder coating (epoxy/polyester) adding separately muscovite mica and MMT type Cloisite®30B at concentrations of 2, 4 and 6% (w/w). The performance of coatings was evaluated with salt spray tests (SS), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and flame test. In the salt spray test, all coatings had high corrosion resistance. In the EIS test, it was observed that the coating with 6% muscovite mica showed higher impedance values. In the flame test, all samples with muscovite mica incorporation showed no dripping and no emergence of flame during the test. Thus, between the two tested clay minerals, muscovite mica showed more promising results than the addition of MMT 30B. Keywords: Hybrid coating, muscovite mica, montmorillonite, corrosion. Resumo As tintas em pó são utilizadas como revestimento ao aço devido a suas características de proteção por barreira e há a possibilidade de incorporar argilominerais na composição química, com o objetivo de melhorar as propriedades das tintas, por exemplo, a mica muscovita e a montmorilonita (MMT). A mica muscovita confere às tintas em pó melhores propriedades de barreira e características ignífugas. A MMT proporciona um aumento da resistência à corrosão. Neste sentido, o presente estudo tem por finalidade desenvolver e caracterizar uma tinta em pó híbrida (epóxi/poliéster) adicionando separadamente mica muscovita e MMT do tipo Cloisite®30B nas concentrações de 2, 4 e 6% (m/m). O desempenho das tintas foi avaliado com os testes de névoa salina (NS), espectroscopia de

Transcript of LEGENDA: Avaliação das propriedades ignífugas e de ...A mistura da tinta em pó foi realizada...

Page 1: LEGENDA: Avaliação das propriedades ignífugas e de ...A mistura da tinta em pó foi realizada manualmente, com a incorporação de 2%, 4% e 6% (m/m) de dois argilominerais separadamente

INTERCORR2016_101

Copyright 2016, ABRACO

Trabalho apresentado durante o INTERCORR 2016, em Búzios/RJ no mês de maio de 2016.

As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do(s) autor(es).

_________________________________________________________________________________________ a Engenheiro Químico – Universidade de Caxias do Sul

b Acadêmico do curso de Engenharia Química - Universidade de Caxias do Sul

c Prof.Dr. - Universidade de Caxias do Sul

LEGENDA:

Avaliação das propriedades ignífugas e de resistência à corrosão da tinta em pó

epóxi/poliéster com adição de argilominerais Natanael Relosi

a, Oscar A. Neuwald

b, Ademir J. Zattera

c, Diego Piazza

c, Sandra R. Kunst

c,

Eliena J. Birrielc

Abstract

Powder coatings are used as coatings on steel due to its for barrier protection characteristics

and there is the possibility of incorporating clay minerals in chemical composition, with the

aim of improving the properties of paints, for example, muscovite mica and montmorillonite

(MMT). Muscovite mica provides to powder coating improved barrier properties and flame-

retardant. The MMT provides increased corrosion resistance. In this sense, the present study

is to develop and characterize a hybrid powder coating (epoxy/polyester) adding separately

muscovite mica and MMT type Cloisite®30B at concentrations of 2, 4 and 6% (w/w). The

performance of coatings was evaluated with salt spray tests (SS), electrochemical impedance

spectroscopy (EIS) and flame test. In the salt spray test, all coatings had high corrosion

resistance. In the EIS test, it was observed that the coating with 6% muscovite mica showed

higher impedance values. In the flame test, all samples with muscovite mica incorporation

showed no dripping and no emergence of flame during the test. Thus, between the two tested

clay minerals, muscovite mica showed more promising results than the addition of MMT

30B.

Keywords: Hybrid coating, muscovite mica, montmorillonite, corrosion.

Resumo

As tintas em pó são utilizadas como revestimento ao aço devido a suas características de

proteção por barreira e há a possibilidade de incorporar argilominerais na composição

química, com o objetivo de melhorar as propriedades das tintas, por exemplo, a mica

muscovita e a montmorilonita (MMT). A mica muscovita confere às tintas em pó melhores

propriedades de barreira e características ignífugas. A MMT proporciona um aumento da

resistência à corrosão. Neste sentido, o presente estudo tem por finalidade desenvolver e

caracterizar uma tinta em pó híbrida (epóxi/poliéster) adicionando separadamente mica

muscovita e MMT do tipo Cloisite®30B nas concentrações de 2, 4 e 6% (m/m). O

desempenho das tintas foi avaliado com os testes de névoa salina (NS), espectroscopia de

Page 2: LEGENDA: Avaliação das propriedades ignífugas e de ...A mistura da tinta em pó foi realizada manualmente, com a incorporação de 2%, 4% e 6% (m/m) de dois argilominerais separadamente

INTERCORR2016_101

- 2 -

impedância eletroquímica (EIE) e ensaio de chama. No ensaio de névoa salina todas as tintas

apresentaram elevada resistência à corrosão. No ensaio de EIE, observou-se que a tinta com

6% de mica muscovita apresentou maiores valores de impedância. No ensaio de chama, todas

as amostras com incorporação de mica muscovita não apresentaram gotejamento e nem

surgimento de chama durante o teste. Dessa forma, entre os dois argilominerais testados, a

mica muscovita apresentou resultados mais promissores em relação à adição de MMT 30B.

Palavras-chave: tinta híbrida, mica muscovita, montmorilonita, corrosão.

Introdução

Os revestimentos orgânicos têm sido utilizados desde a antiguidade e são aplicados para

aumentar a resistência à corrosão dos materiais metálicos bem como para fins decorativos.

Atualmente, porém, os tipos de tintas tem se desenvolvido e se tornado cada vez mais

eficientes e específicos podendo atender melhor às necessidades do mundo contemporâneo.

As tintas em pó tiveram a sua origem em 1950, sendo utilizadas como revestimento de peças e

fornecendo uma camada de proteção com elevada espessura para isolamentos de fios elétricos

e revestimentos de tubos. Um dos aspectos que tem contribuído de forma determinante para a

utilização das tintas em pó é a legislação ambiental, uma vez que estas tintas são isentas de

compostos orgânicos voláteis (COV’s) e possibilitam o reaproveitamento do material que não

adere nas superfícies onde a tinta em pó for aplicada (1-2).

Com o objetivo de apresentar vantagem competitiva no mercado de revestimentos, novas

tecnologias são utilizadas e diferentes materiais são incorporados nos revestimentos de pintura

em pó (3). Além disso, nanocompósitos sintetizados mediante o uso de carga mineral são

incorporados na matriz polimérica melhorando suas propriedades (4).

Os argilominerais, como a montmorilonita (MMT), proporcionam a redução da

permeabilidade a gases, aumento de propriedades mecânicas como estabilidade dimensional e

melhoria na estabilidade térmica (5). A mica, do tipo muscovita, apresenta propriedades como

excelente resistência a intempéries, boa resistência química, baixa condutividade térmica,

estabilidade em temperaturas elevadas e características de não inflamabilidade (6).

Neste trabalho foi estudado o efeito da incorporação de argilominerais nas tintas híbridas

(epóxi/poliéster). A mica muscovita e a MMT 30B foram incorporadas em quantidades de

2%, 4% e 6% (m/m) separadamente e foi analisado o desempenho à corrosão, propriedades

mecânicas e térmicas. Normalmente utiliza-se uma concentração de argilominerais de até

10%, pois é nessa porcentagem que ocorrem melhorias significativas nas propriedades

térmicas e de inflamabilidade, entre outras (7-10). A aplicação das tintas obtidas foi realizada

por pulverização eletrostática e foram realizados ensaios de caracterização relacionados tanto

a tinta em pó quanto ao revestimento aplicado.

Metodologia

Materiais

Os materiais utilizados na composição química da tinta são apresentados na Tabela 1.

Page 3: LEGENDA: Avaliação das propriedades ignífugas e de ...A mistura da tinta em pó foi realizada manualmente, com a incorporação de 2%, 4% e 6% (m/m) de dois argilominerais separadamente

INTERCORR2016_101

- 3 -

Tabela 1 - Materiais utilizados na obtenção das tintas híbridas.

Material Nome Comercial Empresa

Resina Poliéster CrylcoatTM 1783-0 Cytec

Resina Epóxi Araldite GT 7220 Huntsman

Cera de polietileno Licowax PE 520 Clariant

Agente alastrante ResiflowTM PV-60 Estron Chemical Inc.

Agente de superfície Benzoína Datiquim

Mica muscovita Muscovita (in natura) Lamil Lage Minérios

Montmorilonita 30B MMT Cloisite® 30B Southern Clay Products

Os substratos metálicos utilizados foram painéis de aço carbono com dimensões de 70 x 120 x

0,65 mm, confeccionados a partir de uma chapa de aço carbono AISI 1010, com a seguinte

composição química: C (0,0651%), Si (0,0235%), Mn (0,2315%), P (0,0048%), S (0,0139%),

Cr (0,0176%), Mo (0,0161%), Ni (0,0086%), Al (0,0541%), Co (<0,05%), Cu (<0,01%), Nb

(<0,005%), Ti (<0,001%), V (<0,005%), W (<0,05%), Sn (<0,005%) e Fe (99,56%).

Métodos

Antes da aplicação da tinta, os painéis metálicos sofreram preparação mecânica com lixas

320#, 400# e 600# e foram posteriormente submetidos a um tratamento de fosfatização com

fosfato de zinco pelo método de imersão. O processo de fosfatização é apresentado na Figura

1 e incluíram as etapas de desengraxe, refinador, fosfatização, passivação e lavagem com

água corrente dos corpos de prova. Em seguida, procedeu-se a secagem dos corpos de prova

em estufa MDH da marca DeLeo por 10 minutos a 100°C.

Figura 1 - Fluxograma do processo de fosfatização.

Os parâmetros do processo de fosfatização e os produtos utilizados são apresentados

na Tabela 2. O pré-tratamento seguiu as orientações e produtos do fornecedor Klintex

Insumos Industriais Ltda.

Page 4: LEGENDA: Avaliação das propriedades ignífugas e de ...A mistura da tinta em pó foi realizada manualmente, com a incorporação de 2%, 4% e 6% (m/m) de dois argilominerais separadamente

INTERCORR2016_101

- 4 -

Tabela 2 - Parâmetros e produtos utilizados na fosfatização.

Processo Produto Parâmetros

Temperatura Tempo

Desengraxe Saloclean 679 RZ 60°C 10 minutos

Refinador Salocoloide 507 ambiente 1 minuto

Fosfatização

Salofos 715

30°C 10 minutos

Salotex 903

Passivador Salomix 307 ambiente 90 segundos

A mistura da tinta em pó foi realizada manualmente, com a incorporação de 2%, 4% e 6%

(m/m) de dois argilominerais separadamente (mica muscovita e MMT 30B), empregando-se

formulações comerciais de tinta híbrida, conforme mostrado na Tabela 3.

Tabela 3 - Formulação de tinta em pó base epóxi/poliéster.

Material Composição (%)

Resina poliéster 70,0

Resina epóxi 30,0

Agente alastrante 1,0

Agente de superfície 0,5

Cera de polietileno 0,5

Mica muscovita / MMT 30B 2, 4 e 6

Antes da incorporação dos argilominerais na tinta, estas foram secas em estufa a 60°C por 08

horas (11). A mistura foi processada em extrusora dupla-rosca co-rotante MH-COR-20-32 da

MH Equipamentos Ltda, sendo especificadas as condições de velocidade de 200 rpm e

temperatura de 70°C (zona 1), 80°C (zona 2) e 90°C (zona 3-9). O material extrusado foi

nivelado manualmente com auxílio de um rolo metálico e granulado na forma de chips. Os

chips foram moídos em um moedor de facas da marca Cadence, modelo MDR301 e

posteriormente peneirados em peneira de 200 mesh Tyler (75 µm).

A aplicação da tinta foi realizada pelo método eletrostático com pistola do tipo corona da

marca TecnoAvance, modelo 301. A cura da tinta ocorreu em estufa MDH da marca DeLeo a

200°C, por 15 minutos.

O fluxograma do processo de obtenção da tinta em pó é apresentado na Figura 2.

Page 5: LEGENDA: Avaliação das propriedades ignífugas e de ...A mistura da tinta em pó foi realizada manualmente, com a incorporação de 2%, 4% e 6% (m/m) de dois argilominerais separadamente

INTERCORR2016_101

- 5 -

Figura 2 - Fluxograma do processo de obtenção da tinta em pó.

A identificação das amostras é apresentada na Tabela 4.

Tabela 4 - Identificação das amostras.

Identificação Teor de carga (%) Argilomineral

TH/0 sem carga −

TH/2/MICA 2 Mica

muscovita TH/4/MICA 4

TH/6/MICA 6

TH/2/MMT 30B 2

TH/4/MMT 30B 4 MMT 30B

TH/6/MMT 30B 6

Caracterização das tintas em pó após a aplicação nos painéis metálicos

Ensaio de névoa salina (NS)

O ensaio de corrosão por NS tem o propósito de avaliar o desempenho à corrosão dos

sistemas obtidos em um meio que simula a atmosfera marítima, segundo a norma ASTM

B117-11 (12). Os corpos de prova pintados e curados foram submetidos à NS por 850 horas

em uma câmara fechada da marca BASS Equipamentos, modelo USX-6000/2012. Os painéis

metálicos tiveram suas bordas protegidas com cera de abelha e uma incisão em forma de X

realizada na superfície pintada dos substratos metálicos para observar a migração subcutânea,

conforme norma ASTM D1654-08 (13). As amostras são fixadas na câmara em apoios com

ângulos entre 15 a 30º em relação à posição vertical.

Page 6: LEGENDA: Avaliação das propriedades ignífugas e de ...A mistura da tinta em pó foi realizada manualmente, com a incorporação de 2%, 4% e 6% (m/m) de dois argilominerais separadamente

INTERCORR2016_101

- 6 -

O ensaio de névoa salina foi conduzido utilizando solução de NaCl 5% ± 1% (m/v) com faixa

de pH 6,5 a 7,2 e temperatura de 35ºC ± 2°C. Durante o ensaio de exposição à névoa salina, o

grau e a intensidade do empolamento foram classificados conforme a norma ASTM D714-02

(14). As medidas do desplacamento foram realizadas a partir da incisão até a região onde o

revestimento perdeu a aderência (um lado da raspagem) e perpendicularmente a incisão. As

medições foram realizadas em 10 pontos ao longo de cada incisão por amostra. Estas medidas

foram realizadas com auxílio de um paquímetro digital de resolução 0,01 mm da marca

Mitutoyo modelo 500-144B. O ensaio de exposição à névoa salina foi realizado em triplicata.

Espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE)

O ensaio de EIE foi realizado utilizando uma célula de três eletrodos posicionada no interior

de uma gaiola de Faraday. A técnica foi utilizada para analisar fenômenos eletroquímicos que

ocorrem na interface solução/revestimento/metal, permitindo estudar o comportamento geral

do sistema quando um grande número de processos intercorrelacionados ocorre em diferentes

velocidades. Os dados obtidos através da técnica de impedância apresentam dois pontos

distintos, as propriedades de barreira do revestimento que estão relacionadas com a alta

frequência e as reações ocorridas nos poros do revestimento que são observadas em baixa

frequência (7).

A Figura 3 apresenta a célula eletroquímica composta por eletrodo de referência (eletrodo de

calomelano saturado com KCl (ECS)) posicionado em um capilar de Luggin, contra eletrodo

(fio de platina) e eletrodo de trabalho (painel de aço carbono revestido com a tinta em pó).

Figura 3 - Célula eletroquímica utilizada para realizar as medidas de impedância eletroquímica.

As medidas de EIE foram realizadas expondo uma área de 2,25 cm² da amostra em uma

solução de 3,5% (m/v) de NaCl. Os dados de EIE foram obtidos utilizando um

potenciostato/galvanostato IviumStat Tecnologies, auxiliado pelo software IviumSoft,

aplicando uma faixa de frequência de 10 mV em torno do potencial de corrosão. As medidas

foram realizadas como função do tempo de imersão das amostras com as diferentes

composições das tintas.

Page 7: LEGENDA: Avaliação das propriedades ignífugas e de ...A mistura da tinta em pó foi realizada manualmente, com a incorporação de 2%, 4% e 6% (m/m) de dois argilominerais separadamente

INTERCORR2016_101

- 7 -

Ensaio de inflamabilidade

O ensaio de inflamabilidade serviu para verificar o efeito retardante à queima pela ação de

uma chama direta. O método do ensaio foi adaptado da norma internacional DIN 4102/B2 de

1998 e pela EN ISO 119225-2 de 2010 empregada para materiais de construção, tecidos,

filmes e outros. A técnica baseia-se na exposição direta dos corpos de prova na posição

vertical em uma pequena chama de 20 mm com ângulo de 45º.

A montagem do sistema de queima seguiu o modelo proposto por Cardelli et al. (15), onde os

corpos de prova foram montados verticalmente dentro de uma câmara de teste, onde sua borda

foi exposta a uma chama de gás com ângulo de 45º e 40 mm de comprimento de chama

durante os tempos de 20, 40 e 60 segundos (Figura 4). Foi utilizado para o ensaio três

amostras de cada formulação. A superfície da amostra (a borda) é exposta a uma pequena

chama de gás, com auxílio de um bico de Bunsen e durante o ensaio de inflamabilidade são

observados parâmetros como o tempo de queima (estabilidade térmica), gotejamento, área

danificada e perda de massa das amostras.

Figura 4 - Representação esquemática adaptada do teste de inflamabilidade.

Resultados e discussão

Estudos anteriores realizados com estas tintas mostraram que todas as tintas em pó com

incorporação de mica muscovita apresentaram resultados satisfatórios nos ensaios de

aderência e flexibilidade. Percebeu-se que a incorporação de mica muscovita nas tintas

ocasionou um decréscimo de brilho das amostras. Além disso, a tinta TH/4/MICA apresentou

o melhor desempenho no ensaio de resistência ao impacto. Isso ocorreu provavelmente devido

ao aumento nas forças coesivas ocasionado pela presença de mica muscovita na tinta em pó.

(16).

A incorporação da mica muscovita nas concentrações de 2, 4 e 6% (m/m) na tinta em pó

híbrida ainda resultou no decréscimo da temperatura de transição vítrea e na reatividade do

sistema, o que pode indicar a utilização desta tinta para aplicações que requerem

características ignífugas (17).

Page 8: LEGENDA: Avaliação das propriedades ignífugas e de ...A mistura da tinta em pó foi realizada manualmente, com a incorporação de 2%, 4% e 6% (m/m) de dois argilominerais separadamente

INTERCORR2016_101

- 8 -

Névoa salina (NS)

O ensaio de névoa salina avaliou o desempenho à corrosão das tintas em pó híbridas com e

sem a adição dos argilominerais. A Figura 5 apresenta o aspecto das amostras após 850 horas

expostas à névoa salina, indicando a presença de produtos de corrosão perto a incisão, fato

este esperado, pois a incisão expõe o metal ao meio agressivo da solução do ensaio.

Figura 5 - Imagens dos painéis metálicos após 850 horas de exposição ao ensaio de névoa salina.

Page 9: LEGENDA: Avaliação das propriedades ignífugas e de ...A mistura da tinta em pó foi realizada manualmente, com a incorporação de 2%, 4% e 6% (m/m) de dois argilominerais separadamente

INTERCORR2016_101

- 9 -

A Tabela 5 apresenta os resultados das medidas de migração subcutânea realizadas nos

revestimentos híbridos após 850 horas de exposição à névoa salina.

Tabela 5 - Medidas de migração subcutânea realizadas nos revestimentos híbridos contendo diferentes teores de

argilominerais após 850 horas de exposição à névoa salina.

Amostra Média (mm) Desplacamento (mm)

Mínimo Máximo

TH/0 0,89 0 1,74

TH/4/MICA 0,81 0 1,67

TH/2/MMT 30B 0,77 0 2,74

Não foram observados bolhas ou pontos de corrosão na superfície de nenhuma das amostras,

evidenciando a eficácia do efeito barreira fornecido pelas tintas. O aumento da resistência à

corrosão é associado com a natureza, a forma e o tamanho do material de enchimento. Piazza

et al. (18) relataram uma aumento do efeito de barreira com a adição de MMT para um

revestimento de pó à base de poliéster. Choudalakis & Gotsis (19) atribuiu esse efeito ao

aumento da dificuldade de difusão (tortuosidade) de líquidos ou gases de moléculas ao longo

do filme de polímero devido à estrutura predominantemente esfoliada do nanocompósito.

Percebe-se ainda que os maiores valores de desplacamento foram verificados para as amostras

com incorporação de MMT 30B. Isso corrobora com os resultados dos ensaios mecânicos

(flexibilidade e impacto) que também identificaram que as tintas com incorporação de MMT

30B apresentaram propriedades inferiores às tintas com adição de mica muscovita.

Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE)

A espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) é um dos métodos utilizados para avaliar

propriedades protetoras dos revestimentos orgânicos. Este método possibilita monitorar a

degradação da tinta quando esta é exposta a um meio agressivo, com cloretos, por exemplo.

As amostras das tintas em pó híbridas com adição de mica muscovita e MMT 30B foram

analisadas em diferentes tempos de imersão (30, 45 e 50 dias) em uma solução de 3,5% de

NaCl (p/p). Os diagramas de Bode (log |Z|) estão apresentados na Figura 6.

Page 10: LEGENDA: Avaliação das propriedades ignífugas e de ...A mistura da tinta em pó foi realizada manualmente, com a incorporação de 2%, 4% e 6% (m/m) de dois argilominerais separadamente

INTERCORR2016_101

- 10 -

Figura 6 - Diagramas de Bode (log Z) das amostras de tinta em pó híbrida (a) TH/0, (b) TH/2/MICA, (c)

TH/4/MICA, (d) TH/6/MICA, (e) TH/2/MMT 30B, (f) TH/4/MMT 30B e (g) TH/6/MMT 30B.

Page 11: LEGENDA: Avaliação das propriedades ignífugas e de ...A mistura da tinta em pó foi realizada manualmente, com a incorporação de 2%, 4% e 6% (m/m) de dois argilominerais separadamente

INTERCORR2016_101

- 11 -

Pelos resultados obtidos, observa-se que em 30 dias de imersão, a amostra sem argilomineral

(TH/0) e a amostra TH/6/MICA apresentaram os maiores valores de impedância (em torno de

7,3) em relação aos outros sistemas estudados.

Para a tinta TH/0, este resultado confirma que a tinta híbrida apresenta uma excelente

resistência à corrosão, o que já era esperado, devido ao elevado grau de reticulação

proporcionado pelo revestimento híbrido. A tinta poliéster ao reagir com ácido epóxi obtém

uma maior reticulação no processo de cura devido à esterificação dos grupos hidroxila. A

reação de eterificação entre os grupos hidroxila e glicidila ocorre de forma efetiva melhorando

a reticulação do filme. Além disso, pesquisadores confirmam tais valores para esse tipo de

tinta e atribuem tal resultado também ao aumento da tortuosidade ocasionada pela presença

dos silicatos lamelares dispersos na matriz polimérica, o que dificulta a difusão de moléculas

de gases e líquidos (7).

O maior valor de impedância eletroquímica para a tinta TH/6/MICA pode ser atribuído ao

fato de a mica apresentar uma melhor resistência química quando comparada a MMT 30B.

Isso também justifica os piores resultados para a amostra TH/4/MMT 30B para os mesmos 30

dias de imersão. Com o aumento do teor de mica muscovita incorporada nas tintas,

observaram-se melhores resultados de resistência à corrosão em relação às outras tintas

obtidas, ainda que de forma pouco significativa. Este comportamento indica que um aumento

da concentração de mica muscovita melhora as propriedades de barreira que podem estar

associados à boa dispersão da argila na matriz polimérica.

Em 45 e 50 dias de imersão observa-se que todos os sistemas estudados, com exceção da

TH/2/MMT 30B, apresentaram valores menores de impedância com aumento da exposição da

amostra ao eletrólito devido ao início do processo corrosivo, ocasionado pela absorção de

água e penetração dos íons Cl-. Essa redução pode ainda estar associada ao aumento da taxa

de corrosão ocasionada pela presença de novos poros e outras falhas existentes na tinta em pó

(20).

O fato da amostra TH/2/MMT 30B em 45 e 50 dias de imersão não apresentar uma redução

nos valores de impedância pode estar associado a melhor dispersão da argila na matriz

polimérica nessa proporção.

A tinta sem adição de argilas e todas as outras tintas com incorporação de mica muscovita

apresentaram valores maiores de impedância eletroquímica em relação às tintas com

incorporação de MMT 30B nos primeiros dias de imersão. Contudo, os valores de impedância

para essas tintas decrescem de forma mais acentuada em relação às tintas com MMT 30B,

denotando que esses sistemas não resistem a longos períodos de imersão. Isso pode estar

relacionado ao fato de que a mica muscovita apresente apenas uma interação física enquanto

que a MMT 30B é constituída de ligações de Van der Waals que são responsáveis pela união

dos grupos hidroxilas com as partículas de argila.

Ensaio de Chama

Os resultados do ensaio de inflamabilidade estão resumidos no Quadro 1 com diferentes

tempos de queima.

Page 12: LEGENDA: Avaliação das propriedades ignífugas e de ...A mistura da tinta em pó foi realizada manualmente, com a incorporação de 2%, 4% e 6% (m/m) de dois argilominerais separadamente

INTERCORR2016_101

- 12 -

Quadro1 - Resultados dos testes de chama em tintas híbridas realizados em três painéis metálicos pintados em

três tempos (20 s, 40 s e 60 s).

Tinta Híbrida 20 s 40 s 60 s

TH/0

TH/2/MICA

TH/2/MMT 30B

TH/4/MICA

TH/4/MMT 30B

TH/6/MICA

Page 13: LEGENDA: Avaliação das propriedades ignífugas e de ...A mistura da tinta em pó foi realizada manualmente, com a incorporação de 2%, 4% e 6% (m/m) de dois argilominerais separadamente

INTERCORR2016_101

- 13 -

TH/6/MMT 30B

Com base no Quadro 1, percebe-se que as tintas híbridas que estiveram expostas a um tempo

de combustão de 20s não apresentaram alterações visuais significativas no revestimento.

A propriedade de retardamento de chama no tempo de combustão de 40s na tinta TH/4/MICA

demonstrou que esta possui maior estabilidade térmica quando comparada com as demais

formulações e com a TH/0. Tal resultado comprova o efeito da mica muscovita como

retardante de chama.

O comportamento antichama observado pela adição de diferentes teores de mica muscovita

pode ser explicado pela possibilidade da argila promover a formação de carvão transitório,

que começa a degradar-se em temperaturas elevadas (21). O contato entre os silicatos e as

macromoléculas do polímero é essencial para o avanço do processo de carbonização pelo

desempenho dos microcompósitos, em que a volatilização é ligeiramente atrasada pelo efeito

de barreira do retardador de chama (22).

Wang et al. (23) comenta o fato de a camada de carvão formada a partir da interação das

resinas epóxi/poliéster com as partículas inorgânicas (nano-SiO2) bem distribuídas no

polímero atua como uma barreira eficaz e pode melhorar a estabilidade térmica na resistência

à chama. Quanto maior o tempo de resistência à chama, melhor as características ignífugas

das tintas híbridas.

As tintas com incorporação de MMT 30B mostraram menor capacidade de evitar a

propagação da chama quando comparados com as tintas com adição de mica muscovita e seus

resultados se aproximaram bastante à tinta TH/0. De acordo com Panchatapa et al. (24),

dependendo do modificador orgânico da MMT, a degradação que ocorre à temperaturas

elevadas torna os silicatos mais hidrofílicos e menos compatíveis com a matriz polimérica.

Destaca-se, também, que nas formulações com adição de mica não foram observados

gotejamento ou surgimento de chama independente do tempo de exposição à chama. No

entanto, houve o surgimento de chamas (combustão) nas tintas TH/0 e TH/2/MMT 30B no

tempo de 40 s. Para o tempo de 60 s, houve o aparecimento de chama para a TH/0 e para

todas as tintas com MMT 30B.

Observa-se que todas as tintas apresentaram maior perda de massa com o aumento do tempo

de exposição à chama, devido à carbonização (queima) da matéria orgânica. Os painéis

metálicos pintadoscom a tinta TH/2/MMT 30B nos tempos 40 s e 60 s foi o que apresentou

maior perda de massa. Isso indica que o modificador orgânico da argila pode ter catalisado as

reações de combustão. Novamente constata-se que a mica moscovita é capaz de minimizar o

efeito da queima, atuando efetivamente como retardante de chama, já que produziu menor

perda de massa que as demais formulações.

Conclusões

O objetivo desse estudo foi avaliar a influência da incorporação de dois argilominerais

separadamente (mica muscovita e MMT 30B) nas propriedades térmicas, mecânicas e

Page 14: LEGENDA: Avaliação das propriedades ignífugas e de ...A mistura da tinta em pó foi realizada manualmente, com a incorporação de 2%, 4% e 6% (m/m) de dois argilominerais separadamente

INTERCORR2016_101

- 14 -

químicas de tinta híbridas, tendo como variáveis os teores dos argilominerais de 2, 4 e 6 %

(m/m). Os resultados obtidos permitem concluir que:

- o ensaio de névoa salina evidenciou que todas as amostras apresentaram elevada proteção à

corrosão. Não foram observados bolhas ou pontos de corrosão na superfície de nenhuma das

amostras. Contudo, no ensaio de migração subcutânea realizado após ao ensaio de névoa

salina, a amostra TH/2/MMT 30B foi a que apresentou maior desplacamento (2,74 mm).

- através do ensaio de impedância observou-se que os painéis pintados com a tinta contendo

mica muscovita apresentaram maiores valores de impedância quando comparados às tintas

com MMT. Isso comprova que a mica possui uma resistência química superior à MMT 30B.

- a adição de mica muscovita no teor de 4% (m/m) na formulação de tinta em pó híbrida

proporcionou melhores resultados de retardamento à queima da tinta quando aplicado em

painéis de aço carbono. Além disso, todas as tintas com adição de mica muscovita não

apresentaram gotejamento e nem surgimento de chama independente do tempo de exposição.

Em contrapartida, houve o surgimento de chama para a tinta sem adição de argilominerais e

para todas as amostras com incorporação de MMT 30B.

Entre os dois argilominerais testados, a adição de mica muscovita apresentou resultados mais

promissores em relação à adição de MMT 30B.

De todas as concentrações de mica muscovita utilizadas, a concentração de 4% foi a que

obteve melhores resultados nos testes, com exceção do ensaio de impedância eletroquímica,

onde a tinta com 6% de mica apresentou maior resistência em solução salina.

Os resultados do teste de chama apontam que a adição de mica muscovita aumenta a

resistência à inflamabilidade e não se observou gotejamento e nem surgimento de chama.

Desta forma, a tinta com adição de mica muscovita apresenta maior resistência à temperaturas

elevadas e poderá ter aplicação em superfícies metálicas expostas a esta condição, com uma

performance melhor que a tinta híbrida convencional.

Agradecimentos

Os autores agradecem a Universidade de Caxias do Sul (UCS), ao Programa de Pós-

Graduação em Engenharia de Processos e Tecnologia (PGEPROTEC) da UCS, ao órgão de

fomento CAPES pelo suporte financeiro ao estudo, bem como a empresa Pulverit do Brasil

pelo fornecimento do material. Também agradecem ao Laboratório de Corrosão (LCOR) da

UCS pela realização dos ensaios químicos.

Referências bibliográficas

(1) FU, J.; KRANTZ, M.; ZHANG, H.; ZHU, J.; KUO, H.; WANG, Y. M.; LIS, K.

Investigation of the recyclability of powder coatings. Powder Technology, v. 211, p. 38-

45, 2011.

(2) HU, R. G.; ZHANG, S.; BU, J. F.; LIN, C. J.; SONG, G. L. Recent progress in corrosion

protection of magnesium alloys by organic coatings. Progress in Organic Coatings, v. 73,

p. 129-141, 2012.

(3) EL-WAHABA, H.A.; EL-FATTAHB, M.A.; GABRC, M. Y. Preparation and

Characterization of Flame Retardant Solvent Base and Emulsion Paints. Progress in

Organic Coatings, v. 69, p. 272–277, 2010.

Page 15: LEGENDA: Avaliação das propriedades ignífugas e de ...A mistura da tinta em pó foi realizada manualmente, com a incorporação de 2%, 4% e 6% (m/m) de dois argilominerais separadamente

INTERCORR2016_101

- 15 -

(4) ZHU, J; UHL, F. M.; MORGAN, A. B.; WILKIE, C. A. Studies on the mechanism by

which the formation of nanocompósitos enhaces thermal stability. Chemistry of materias,

v. 13, p. 4649-4654, 2001.

(5) WASCHBURGER, M. R. Compósito de Propileno com Nanocarga. 2006. 90f.

Dissertação (Mestrado em Engenharia). Programa de Pós-Graduação em Engenharia de

Minas, Metalúrgica e Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto

Alegre, 2006.

(6) SIRELLI, L. Compósitos de Poli(Tereftalato de Etileno) e Mica Muscovita: Preparação,

Caracterização e Propriedades. 2008. 131f. Tese (Doutorado em Ciência e Tecnologia de

Polímeros). Universidade Federal do Rio de Janeiro, Instituto de Macromoléculas

Professora Eloisa Mano, 2008.

(7) HANG, T. T. X.; TRUC, T. A.; NAM, T. H.; OANH, V. K.; JORCIN, J, B.; PÉBÈRE, N.

Corrosion protection of carbon steel by an epoxy resin containing organically modified

clay. Surface & Coatings Technology, v.201, p.7408-7415, 2007.

(8) ARAÚJO, E. M.; KOJUCH, L. R.; BARBOSA, R.; NÓBREGA, K. C.; DE MELLO, T.

J. A. Influência das Condições de Processamento em Nanocompósitos de PE/Argila

Organofílica. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, v.3.3, p.20-28, 2008

(9) CHEN, C.; KHOBAID, M.; CURLISS, D. Epoxy layered-silicate nanocomposites.

Progress in Organic Coatings, v.47, p.376-383, 2003.

(10) HUSSAIN, F.; CHEN, J.; HOJJATI, M. Epoxy-silicate nanocomposites: Cure

monitoring and characterization. Materials Science and Engineering A, v.445-446, p.467-

476, 2007.

(11) PIAZZA, D.; LORANDI, N. P.; PASQUAL, C. I.; SCIENZA, L. C.; ZATTERA, A. J.

Influence of a microcomposite and a nanocompósito on the properties of an epoxy-bases

powder coating. Materials Science and Engineering A, v. 528, p. 6769-6775, 2011.

(12) AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM). ASTM B117:

Standard practice for operating salt spray (fog) apparatus, EUA, 2011.

(13) _____. ASTM D1654-08: Evaluation of painted or coated specimens subjected to

corrosive environments, EUA, 2008.

(14) _____. ASTM D714-02 (Reapproved 2009): Standard test method for evaluating degree

of blistering of paints, EUA, 2002.

(15) CARDELLI, A., RUGGERI, G., CALDERISI, M., LEDNEY, O., CARDELLI, C.,

TOMBARI, E. Effects of poly(dimethylsiloxane) and inorganic fillers in halogen free

flame retardant poly(ethylene-co-vinyl acetate) compound: A chemometric approach.

Polymer Degradation and Stability, 97, 2536-2544, 2012.

Page 16: LEGENDA: Avaliação das propriedades ignífugas e de ...A mistura da tinta em pó foi realizada manualmente, com a incorporação de 2%, 4% e 6% (m/m) de dois argilominerais separadamente

INTERCORR2016_101

- 16 -

(16) RELOSI, N.; RECKZIEGEL, A.; ZATTERA, A. J.; PIAZZA, D.; RODRIGUES, K. S.;

KUNST, S. R.; BIRRIEL, E. J. Efeito da adição de mica muscovita nas propriedades

mecânicas de uma tinta em pó a base de epóxi/poliéster. 14° Congresso Internacional de

Tintas (ABRAFATI), São Paulo, SP, 2015.

(17) RELOSI, N.; ZATTERA, A. J.; PIAZZA, D.; RECKZIEGEL, A.; KUNST, S. R.;

BIRRIEL, E. J. Avaliação das propriedades térmicas da tinta em pó epóxi/poliéster com

adição de mica muscovita. 13° Congresso Brasileiro de Polímeros (CBPOL), Natal, RN,

2015.

(18) PIAZZA, D., SILVEIRA, D. S., LORANDI, N. P., BIRRIEL, E. J., SCIENZA, L. C.,

ZATTERA, A. J. Polyester-based powder coatings with montmorillonite nanoparticles

applied on carbon steel. Progress in Organic Coatings. v. 73, p. 42-46. 2012.

(19) CHOUDALAKIS,G.;GOTSIS,A.D.Permeability of polymer/clay nanocomposites: a

review. European Polymer Journal, v.45,p.967-984,2009.

(20) BEHZADNASAB, M. MIRABEDINI, S. M.; KABIRI, K. JAMALI, S. Corrosion

performance of epoxy coatings containing silane treated ZrO2 nanoparticles on mild steel

in 3,5% NaCl solution. Corrosion Science, v. 53, p. 89-98, 2011.

(21) HULL, T. R.; WITKOWSKI, A.; HOLLINGBERY, L.; File retardant action of mineral

fillers. Polymer Degradation and Stability. V. 96, p. 1462-1469, 2011.

(22) KILIARIS P.,PAPASPYRIDES C. D. Polymer/layered silicate(clay) nanocomposites:

An on overviem of flame retardany. Progress in Polymer Science, v. 35, p. 902-958,

2010.

(23) WANG,Z.;HAN,E.;KE,W.; Effect of acrylic polymer and nanocomposite with nano-

SiO2 on thermal degradation and fire resistance of APP-DPER-MEL coating. Polymer

Degradation and Stability, v.91, p.1937-1947, 2006.

(24) PANCHATAPA, J. WILKIE, C. Effects of surfactants on the termal and a fire properties

of poly(methyl methacrylate)/clay nanocomposites. Polymer Degradation and Stability, v.

88, p. 401-406, 2005.